一种可变距旋翼结构及其控制方法技术

本发明专利技术属于直升机旋翼技术领域，公开了一种可变距旋翼结构及其控制方法，所述旋翼结构包括：马达、中央桨毂、桨夹、变距轴及桨叶；其中，桨叶安装在桨夹上，桨夹通过变距轴与中央桨毂连接，中央桨毂安装在马达上；变距轴与旋翼平面存在预设夹角，所述预设夹角小于90度，且桨夹可以绕变距轴自由旋转预设角度，有效简化了大型多旋翼飞行器的操控，为电动多旋翼大型化提供了一种简单有效的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种可变距旋翼结构及其控制方法
本专利技术属于直升机旋翼
，尤其涉及一种可变距旋翼结构及其控制方法。
技术介绍
在飞行器发展的过程中，伴随着电子控制技术的进步，以及电池技术的发展，电动多旋翼飞行器成为了小型飞行器的主流。电动多旋翼飞行器以其结构简单，部件数量少，操纵要求低，维护成本低，广泛的应用航拍航测、农林植保、休闲娱乐等方面。众所周知，电动多旋翼飞行器依靠高频次改变各个旋翼的转速实现升力变化，从而实现姿态操控。旋翼尺寸对旋翼拉力和效率影响很大，要想实现载重大且高效的多旋翼飞行器，需要采用更大尺寸的旋翼，然而，随着旋翼尺寸增加，旋翼转动惯量快速增加，意味着实现旋翼转速的快速变化也更为困难。为了解决旋翼变转速困难的问题，人们设计了变距式电动多旋翼，即通过伺服执行机构，在需要增大拉力的时候增大桨距，在需要减小拉力的时候减小桨距。通过这种方法，可以迅速改变不同旋翼的拉力，从而大大提高了多旋翼飞行器的操控响应速度。但是，电动变距多旋翼的桨叶变距机构、伺服执行器等部件，使得电动多旋翼结构复杂并增加了使用与维护成本。。
技术实现思路
本专利技术的目的：为解决大型电动多旋翼变转速困难的问题，同时避免变距式电动多旋翼机构复杂、成本高的问题，本专利技术提出一种可变距旋翼结构及其控制方法，有效简化了大型多旋翼飞行器的操控，为电动多旋翼大型化提供了一种简单有效的方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。技术方案一：一种可变距旋翼结构，所述旋翼结构包括：马达、中央桨毂、桨夹、变距轴及桨叶；其中，桨叶安装在桨夹上，桨夹通过变距轴与中央桨毂连接，中央桨毂安装在马达上；变距轴与旋翼平面存在预设夹角，所述预设夹角小于90度，且桨夹可以绕变距轴自由旋转预设角度。本专利技术技术方案一的特点和进一步的改进为：(1)所述桨夹一端设置有斜向下的第一凹槽，所述中央桨毂上设置有斜向上的第二凹槽；所述第一凹槽两侧分别开有相同大小的第一螺纹孔，所述第二凹槽两侧分别开有相同大小的第二螺纹孔，所述变距轴穿过所述第一螺纹孔和第二螺纹孔，且变距轴的两端通过螺母固定。(2)所述桨夹另一端设置有水平凹槽，所述桨叶一端通过螺栓固定连接在所述水平凹槽内。(3)所述可变距旋翼结构具备2片桨叶及2片桨叶以上的奇数或偶数片桨叶。(4)所述桨夹可以为单独部件，也可以为桨叶的一部分，用于使桨叶相对于桨毂绕变距轴旋转。技术方案二：一种可变距旋翼结构的控制方法，所述方法应用于技术方案一所述的结构中，所述方法为：控制马达的加速度大小，以及加速时长或者减速时长，桨叶由于惯性的作用，与中央桨毂产生相对运动，进而改变桨距的大小。本专利技术技术方案二的特点和进一步的改进为：(1)当马达匀速旋转过程中，桨叶受力平衡，桨叶相对于中央桨毂保持静止，桨叶以固定的桨距平稳运转，此时，旋翼产生的升力不变。(2)当马达有加速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达加速，而桨叶由于惯性的作用，加速滞后于桨毂，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向后转动，随即桨距增大，旋翼产生的升力增大。(3)当马达有减速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达减速，而桨叶由于惯性的作用，减速滞后于桨毂，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向前转动，随即桨距减小，旋翼产生的升力减小。本专利技术提供的可变距旋翼结构简单可靠，安装快捷、造价低廉，有效简化了大型多旋翼飞行器的操控，为电动多旋翼大型化提供了一种简单有效的方法。通过本可变距旋翼结构可简单便捷的实现变距控制，有效提高飞行器控制与操纵响应速度。通过本变距旋翼结构可有效减少控制与操纵过程中，马达转速的大幅变化所导致的能量损失，提高了飞行效率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的变距轴与旋翼平面存在的预设夹角β示意图一；图3为本专利技术实施例提供的变距轴与旋翼平面存在的预设夹角β示意图二；图4为本专利技术实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达匀速旋转时的结构示意图一；图5为本专利技术实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达匀速旋转时的结构示意图二；图6为本专利技术实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达加速旋转时的结构示意图一；图7为本专利技术实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达加速旋转时的结构示意图二；图8为本专利技术实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达减速旋转时的结构示意图一；图9为本专利技术实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达减速旋转时的结构示意图二；其中，1-马达，2-中央桨毂，3-桨夹，4-变距轴，5-桨叶。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术为一种可变距旋翼结构及其控制方法。可变距旋翼结构包括马达1，中央桨毂2，桨夹3，变距轴4及桨叶5。桨叶安装在桨夹上，桨夹通过变距轴与中央桨毂连接，中央桨毂安装在马达上。变距轴与旋翼平面存在一定夹角。桨夹可以绕变距轴自由旋转一定角度。当马达匀速旋转过程中，桨叶受力平衡，桨叶相对于中央桨毂保持静止，桨叶以固定的桨距平稳运转，此时，旋翼产生的升力不变。当马达有加速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达加速，而桨叶由于惯性的作用，加速滞后于桨毂，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向后转动，随即桨距增大，旋翼产生的升力增大。当马达有减速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达减速，而桨叶由于惯性的作用，减速滞后于桨毂与马达，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向前转动，随即桨距减小，旋翼产生的升力减小。通过这种控制方式，在需要改变旋翼拉力时，只需要小幅度的改变旋翼转速，同时有效缩短了达到目标拉力的所需要的时间。进一步，本可变距旋翼结构可以具备2片桨叶以上的奇数或偶数片桨叶，可以是顺时针旋转桨叶，也可以是逆时针旋转桨叶。进一步，桨夹可以单独部件，也可以是桨叶的一部分，其作用在于使桨叶相对于桨毂可以绕变距轴旋转。进一步，变距轴的特征在于与旋翼平面存在特定夹角，其本质是，在惯性的作用下桨叶绕其旋转，会改变桨叶的桨距。不论夹角角度为多少，只需达到相同效果。进一步，本可变距旋翼结构的马达也可替换为燃料发动机。进一步，本可变距旋翼结构组成的升力单元，可组合或叠加使用。为了形象说明本案的具体实施，给出如下一种示例：如图1所示，本结构的主要部件包括：1马达，2中央桨毂，3桨夹，4变距轴，5桨叶。如图2、图3所示，桨叶5与桨夹3固定连接，中央桨毂2与马达1固定连接，3桨夹与中央桨毂2通过变距轴4连接，变距轴4与旋翼平面具有特定的夹角β，桨夹3可以变距轴4为轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变距旋翼结构，其特征在于，所述旋翼结构包括：马达(1)、中央桨毂(2)、桨夹(3)、变距轴(4)及桨叶(5)；/n其中，桨叶安装在桨夹上，桨夹通过变距轴与中央桨毂连接，中央桨毂安装在马达上；/n变距轴与旋翼平面存在预设夹角，所述预设夹角小于90度，且桨夹可以绕变距轴自由旋转预设角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种可变距旋翼结构，其特征在于，所述旋翼结构包括：马达(1)、中央桨毂(2)、桨夹(3)、变距轴(4)及桨叶(5)；
其中，桨叶安装在桨夹上，桨夹通过变距轴与中央桨毂连接，中央桨毂安装在马达上；
变距轴与旋翼平面存在预设夹角，所述预设夹角小于90度，且桨夹可以绕变距轴自由旋转预设角度。


2.根据权利要求1所述的一种可变距旋翼结构，其特征在于，
所述桨夹一端设置有斜向下的第一凹槽，所述中央桨毂上设置有斜向上的第二凹槽；
所述第一凹槽两侧分别开有相同大小的第一螺纹孔，所述第二凹槽两侧分别开有相同大小的第二螺纹孔，所述变距轴穿过所述第一螺纹孔和第二螺纹孔，且变距轴的两端通过螺母固定。


3.根据权利要求1所述的一种可变距旋翼结构，其特征在于，
所述桨夹另一端设置有水平凹槽，所述桨叶一端通过螺栓固定连接在所述水平凹槽内。


4.根据权利要求1所述的一种可变距旋翼结构，其特征在于，所述可变距旋翼结构具备2片桨叶及2片桨叶以上的奇数或偶数片桨叶。


5.根据权利要求1所述的一种可变距旋翼结构，其特征在于，
所述桨夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴令华，王磊，赵丹莉，王兆山，付立春，周亨，侯祥民，苏兵兵，罗骏，刘纪福，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：江西;36